(Shackleton Crater, the floor of which is permanently shadowed from the sun, appears to be home to deposits of water ice. A new study sheds light on how old these and other deposits on the Moon's south pole might be. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University)
과학자들은 달 극지방에 있느 크레이터 내부의 영구 동토에 얼음이 존재한다고 보고 있습니다. 나사의 달 탐사선인 LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter)를 비롯한 여러 탐사선의 관측 데이터와 이론적 추정을 종합하면 상당한 양의 얼음이 존재할 수 있기 때문입니다. 물론 달에는 대기가 없기 때문에 태양빛이 직접 닿는 공간에 있는 얼음은 순식간에 증발할 정도로 뜨거운 열을 받습니다. 하지만 극지방의 크레이터 안쪽에는 절대로 태양빛이 도달할 수 없는 영구 음영지대가 있으며 여기에는 수십 억년 이상 얼음이 안정적으로 존재할 수 있습니다.
브라운 대학의 아리엘 도이치 (Ariel Deutsch, a graduate student in Brown University's Department of Earth, Environmental and Planetary Sciences)가 이끄는 연구팀은 LRO 데이터와 이론적 추정을 바탕으로 달 극지방의 영구 음영 지대에 숨어 있는 얼음의 기원이 하나 이상일 수 있다고 주장했습니다.
첫 번째 가능한 공급원은 혜성이나 얼음이 풍부한 소행성으로 이들은 어느 시기에나 달에 도달할 수 있습니다. 이 경우 수십 억년 된 크레이터 내부에 얼음이 있다고 해서 반드시 이 얼음이 수십 억년 전의 것은 아닐 수 있습니다. 얼음을 공급한 충돌은 나중에 일어날 수 있기 때문입니다.
두 번째 공급원은 달 내부의 얼음이 화산활동을 통해 분출된 것입니다. 이 경우 달의 화산 활동은 오래 전 멈췄기 때문에 아주 오래된 물일 가능성이 큽니다. 마지막 공급원은 바로 태양 등에서 날아오는 수소 입자로 이들이 달의 광물 입자 속 산소와 결합해 미량의 물 분자가 만들어집니다. 다만 달의 영구 음영지대의 경우 이 가능성은 떨어질 것입니다.
연구팀은 달의 남극에 있는 대형 크레이터의 경우 31억 년 이전의 것이지만 작은 크레이터의 경우 그보다 최근이며 크레이터 안의 얼음은 크레이터 자체보다 오래될 수 없기 때문에 더 최근의 얼음일 가능성이 높다고 지적했습니다. 따라서 영구 음영 지대의 얼음이라고 해서 모두 태양계 초기의 것이 아니라 시기와 공급원이 모두 다양할 수 있습니다. 반드시 태양계 초기의 역사를 간직한 얼음은 아니라는 것이죠.
하지만 이 질문에 대한 답은 결국 직접 가서 얼음을 채취하고 분석해야 알 수 있습니다. 2024년의 달 착륙 임무를 비롯해 달의 남극 지대를 탐사할 로봇들이 이 질문에 대한 결정적 답을 얻어낼 수 있을 것으로 기대합니다.
참고
Ariel N. Deutsch et al, Analyzing the ages of south polar craters on the Moon: Implications for the sources and evolution of surface water ice., Icarus (2019). DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113455
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